章 899: 第896章 铀元素的终极提纯（科普章节，不喜可跳订）

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　　李察阅读，目光在书页上移动。

　　 “铀235提纯的第一种方法，是电磁分离法，利用质谱仪的原理进行同位素分离。

　　其中质谱仪是实验室用来分析带电粒子质量的一种仪器，能够让质量不同而带电量相同的粒子，进入磁场发生偏转的半径不同，从而分离。

　　详细解释的话，那就是粒子以速度v进入磁场(假设朝上)，带正电荷粒子运动所产生的磁场磁力线沿运动方向的左边朝上、右边朝下。因而运动带电粒子左边的磁场被加强，右边的磁场被减弱，形成一个磁场梯度，产生一个从左向右推的磁压力。

　　这个力与速度方向垂直，虽然不能改变运动带电粒子速度值的大小，但是却能改变粒子运动的方向，形成一个向心力。

　　又因为磁场是均匀的，对运动带电粒子产生的磁压力处处相等，所以使运动的带电粒子在磁场中作匀速圆周运动。

　　按照电磁学公式，可知，磁场的作用力等于qBv，向心加速度等于v2/R。

　　所以，能导出： qBv=Mv2/R→qBR=Mv。

　　 公式中，q为粒子电量，v为粒子运动速度，M为粒子质量，B为磁感应强度，R为粒子作圆周运动的偏转半径。

　　又因为粒子电量q、磁感应强度B都是确定的，由此运动粒子的动量与偏转半径成正比。

　　带相同电荷q而质量不同的离子，通过相同的加速电压U，获得的电势能是相等的，且等于进入磁场时的动能为：qU=(1/2)Mv2。

　　 前面已知粒子的动量Mv=qBR，两式消去v，即得M＝qB2R2/2U。

　　 对于质量等于(Ｍ＋DM)的粒子，(Ｍ＋DM)＝qB2(R+DR)2/2U。

　　由此可得出DM/Ｍ＝2DR/Ｒ，即质量的相对偏差，是半径相对偏差的2倍。

　　由于入射粒子的质量不同，它们经过相同电压加速后获得的能量相等，但动量不同。进入磁场后，动量大的弯曲半径大，动量小的弯曲半径小。

　　如果同一种动量的离子进入磁场的角度存在偏斜，导致它们共同聚焦在Ｄ的范围。那么Ｄ的范围与入射角的关系，经过计算可得到如下公式：DR/R≈0.5q2。

　　 当q小于50 时，R的相对误差是4/1000，可能引起的质量偏差为8/1000。而铀235与铀238的相对质量差等于13/1000，从而让质谱分离法的用于实际……”